JP3314403B2 - Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device

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JP3314403B2
JP3314403B2 JP06574392A JP6574392A JP3314403B2 JP 3314403 B2 JP3314403 B2 JP 3314403B2 JP 06574392 A JP06574392 A JP 06574392A JP 6574392 A JP6574392 A JP 6574392A JP 3314403 B2 JP3314403 B2 JP 3314403B2
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wafer
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は表面の微細加工に好適な
ドライエッチング技術に係リ、特に、エッチングにより
発生する反応生成物がウエハに再付着しないようにし、
反応生成物の影響を防止した高精度のドライエッチング
工程を含む半導体集積回路装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is suitable for fine processing of a surface.
Related to dry etching technology , in particular, to prevent reaction products generated by etching from re-adhering to the wafer,
High-precision dry etching that prevents the effects of reaction products
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device including steps .

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路(LSI)の微細加工法
として用いられるドライエッチング技術は、LSIの微
細化に伴って0.1μm レベルの高精度化が必要となっ
ている。しかし、従来のRIEエッチングでは通常10
mTorrから100mTorrの比較的高いガス圧力でエッチ
ングが行われていたため、ガスプラズマ中でのイオンの
散乱等により基板に入射するイオンの方向性が乱れ、高
精度加工が困難であった。このように、高ガス圧力でエ
ッチングが行われていた理由は、第一に低ガス圧力では
安定な放電が得られにくいこと、第二に、低ガス圧力で
は十分なエッチング速度が得られないことであった。近
年、ガスプラズマ中におけるイオンの散乱を防止するた
めより低ガス圧力で、しかもある程度のエッチング速度
を得るために高効率放電を行うエッチングが検討され、
例えば、特公昭52−126174号公報やソリッド ステート
デバイシズ アンド マテリアルズ 207頁(19
90)(Solid State Devices and Materials p20
7,(1990))に記載のマイクロ波プラズマエッチン
グ(ECRエッチングともいう)や、ドライプロセスシ
ンポジウムp54,(1988)に記載のマグネトロン放
電型RIEや、ジャーナルオブ バキューム サイエン
ス テクノロジー B9(2),310(1991)(Jour
nal of Vacuum Science Technology B9(2),310
(1991))に記載のヘリコン型RIE等装置が開発さ
れてきた。
2. Description of the Related Art A dry etching technique used as a fine processing method of a semiconductor integrated circuit (LSI) requires a high precision of 0.1 μm level as the LSI becomes finer. However, the conventional RIE etching usually requires 10
Since etching was performed at a relatively high gas pressure of mTorr to 100 mTorr, the directionality of ions incident on the substrate was disturbed due to scattering of ions in gas plasma or the like, and high-precision processing was difficult. As described above, etching was performed at a high gas pressure because, first, it was difficult to obtain a stable discharge at a low gas pressure, and second, it was not possible to obtain a sufficient etching rate at a low gas pressure. Met. In recent years, etching that performs high-efficiency discharge at a lower gas pressure to prevent the scattering of ions in gas plasma and obtain a certain etching rate has been studied.
For example, Japanese Patent Publication No. 52-126174 and Solid State Devices and Materials, p.
90) (Solid State Devices and Materials p20
7, (1990)), the magnetron discharge type RIE described in the dry process symposium p54, (1988), the Journal of Vacuum Science Technology B9 (2), 310 ( 1991) (Jour
nal of Vacuum Science Technology B9 (2), 310
(1991)) has been developed.

【0003】これらの装置では、例えば、前者に記載の
ECRエッチングのように、0.5mTorrの低ガス
圧力でCl220sccmのガス流量でポリシリコンの
エッチングが行われていた。この時、ポリシリコンのエ
ッチング速度は300nm/min以下であった
In these apparatuses, for example, as in the ECR etching described in the former, polysilicon is etched at a low gas pressure of 0.5 mTorr and a gas flow rate of Cl 220 sccm. At this time, the etching rate of the polysilicon was 300 nm / min or less .

【0004】しかし、深い溝をエッチングしなければな
らないSiトレンチやSi02のコンタクトホールの場
合、同様の低ガス圧カではエッチング速度が小さすぎる
問題があった。このように、従来のエッチング方法で
は、0.5mTorr以下の低ガス圧力でエッチングの
方向性を高めることと、低ガス圧カで高速のエッチング
逮度を得ることの両立が困難であった。本発明の目的
は、エッチングにより生じる反応生成物がウエハに再入
射して表面に付着し、エッチング反応を阻害する影響を
防止して、高エッチ速度でドライエッチングする工程を
含む半導体集積回路装置の製造方法を提供することにあ
る。
[0004] However, in the case of a Si trench or a Si02 contact hole in which a deep groove must be etched, there has been a problem that the etching rate is too low with a similar low gas pressure. As described above, in the conventional etching method, it is difficult to improve the directionality of etching at a low gas pressure of 0.5 mTorr or less and obtain a high etching rate at a low gas pressure. An object of the present invention is to provide a process of performing dry etching at a high etch rate by preventing a reaction product generated by etching from being re-incident on a wafer and adhering to a surface, thereby preventing an effect of inhibiting an etching reaction.
To provide a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】処理ガスと試料表面との
エッチングで反応をできるだけ促進するには、未反応の
処理ガスを大量に導入し、ガスと試料表面とを効率良く
反応させ、エッチングにより発生した反応生成物を、ウ
ェハ表面に再入射させないことが必要である。この反応
生成物はウェハ表面に付着するとエッチング表面を覆
い、エッチング反応を起こす粒子が入射するのを阻害す
る。この結果、エッチング反応が抑制され、エッチ速度
が低下する。このような影響は、高真空下でエッチング
反応粒子の絶対数が少ない場合には特に重大である。こ
の影響を防止するためには、反応生成物がウェハから脱
離した後、短時間で真空処理室外に排出することと、前
記ウェハに再入射する前に冷却トラップで捕獲すること
が重要と考えられる。
In order to accelerate the reaction by etching the processing gas with the sample surface as much as possible, a large amount of unreacted processing gas is introduced, the gas and the sample surface react efficiently, and the etching is performed. It is necessary to prevent the generated reaction product from re-entering the wafer surface. When this reaction product adheres to the wafer surface, it covers the etched surface and hinders the incidence of particles that cause an etching reaction. As a result, the etching reaction is suppressed, and the etch rate decreases. Such an effect is particularly significant when the absolute number of etching reaction particles is small under a high vacuum. In order to prevent this effect, it is important to discharge the reaction product out of the vacuum processing chamber in a short time after the reaction product has desorbed from the wafer, and to capture it with a cooling trap before re-entering the wafer. Can be

【0006】このため、本発明の一つの代表的な構成
は、処理室内にウエハを設置し、前記処理室内にエッチ
ングガスを導入し、前記エッチングガスをプラズマ化
し、前記プラズマにより前記ウエハの主面材料をドライ
エッチングする工程を含む半導体集積回路装置の製造方
法であって、ドライエッチング時における前記容器内を
総排気速度2000 l/s 以上の排気ポンプを用いて排
気してプラズマ雰囲気中の圧力を0.5mTorr以下に
し、かつ前記エッチングガスと前記ウエハ主面材料との
反応生成物を、前記処理室内に設けられた冷却トラップ
によって捕獲するようにしたことを特徴とする半導体集
積回路装置の製造方法にある。
Therefore, one typical configuration of the present invention is to install a wafer in a processing chamber, introduce an etching gas into the processing chamber, convert the etching gas into plasma, and use the plasma to form a main surface of the wafer. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device including a step of dry-etching a material, wherein a pressure in a plasma atmosphere is reduced by evacuating the inside of the container during dry etching using an exhaust pump having a total exhaust speed of 2000 l / s or more. A method for producing a semiconductor integrated circuit device, wherein the reaction product of the etching gas and the material of the wafer main surface is captured by a cooling trap provided in the processing chamber. It is in.

【0007】反応生成物のウエハへの再入射を効率良く
防止するには、冷却トラップをできるだけウエハに近い
所に設置する必要がある。この設置位置の目安は、反応
生成物が処理室内壁等に衝突してウエハの方向へ向きを
変える前にトラップする位置に設置することであり、こ
とために、ウエハからの距離が反応生成物の平均自由工
程の5倍、もしくは50cmより短い位置に設置するこ
とが効果的である。また、冷却トラップの材質には熱伝
導率の高い金属を用いることが必要であるが、金属汚染
等の発生源にならないように、例えば高純度アルミニウ
ム等の金属を用いなければならない。
In order to efficiently prevent the reaction product from re-entering the wafer, it is necessary to install a cooling trap as close to the wafer as possible. The guideline for this installation position is to install the reaction product at a position where it is trapped before the reaction product collides with the inner wall of the processing chamber and changes its direction toward the wafer. It is effective to install at a position five times the mean free path or less than 50 cm. Although the material of the cold trap it is necessary to use a metal having high thermal conductivity, so as not to source such as metal contamination, it must be used a metal such as a high-purity aluminum Invite example embodiment.

【0008】[0008]

【作用】ここでは、Siエッチングの場合を例に、反応
生成物の発生量について考える。単結晶Siの面密度
は、1cm2 当たり5×1014個/Åであり、これを例え
ば1μm/min の速度でエッチングすると1min 当たり
5×1018個/cm2 の反応生成物が発生する。一方、1
mTorrのガス圧力でのエッチングガス入射量は1min 当
たり2×1019個/cm2 になる。従って、反応生成物が
全てウェハに再入射したら全入射粒子の20%が反応生
成物になる。
Here, the amount of reaction products generated will be considered by taking Si etching as an example. The areal density of single-crystal Si is 5 × 10 14 / cm 2 per 1 cm 2 , and when this is etched at a rate of, for example, 1 μm / min, a reaction product of 5 × 10 18 / cm 2 per min is generated. Meanwhile, 1
The amount of incident etching gas at a gas pressure of mTorr is 2 × 10 19 / cm 2 per minute. Therefore, if all the reaction products re-enter the wafer, 20% of all the incident particles become the reaction products.

【0009】エッチングガスや反応生成物等の粒子の速
度は室温で約400m/sec であり、0.5mTorr での
平均自由工程は約16cmである。このことから、例えば
ウェハから16cm離れた壁に衝突する粒子は大部分が粒
子どうしの衝突なしに壁にぶつかり、その平均衝突回数
は2500回/sec になる。もし壁に衝突した後、まっ
すぐにウェハに戻ってくるとしたら、反応生成物は1se
c 当たり1250回ウェハに入射することになる。
The speed of particles such as etching gas and reaction products is about 400 m / sec at room temperature, and the mean free path at 0.5 mTorr is about 16 cm. From this, for example, most of the particles colliding with the wall 16 cm away from the wafer collide with the wall without collision between the particles, and the average number of collisions is 2500 times / sec. If it hits the wall and returns straight to the wafer, the reaction product is 1se
1250 times per c.

【0010】また、真空処理室内でのガスの流れやすさ
を表す量として、ガスの処理室内滞在時間があり、これ
は次式のように表される。
[0010] Further, as an amount indicating the ease of gas flow in the vacuum processing chamber, there is a gas residence time in the processing chamber, which is represented by the following equation.

【0011】 τ=V/S(=PV/Q) …(1) ここで、Vは真空処理室の総容積、Sはポンプ排気速
度、Pはガス圧力、Qはガス流量である。
Τ = V / S (= PV / Q) (1) where V is the total volume of the vacuum processing chamber, S is the pumping speed, P is the gas pressure, and Q is the gas flow rate.

【0012】例えば、100 lの容積の処理室を13
00 l/sec の排気速度で排気すれば、ガス滞在時間
は77msec である。このような高速排気を行う場合、
反応生成物が処理室内に滞在する77msec の間にウェ
ハに衝突する回数は96回に減少する。しかし、この程
度の反応生成物の再入射もエッチング反応に影響をおよ
ぼす可能性があり、これをさらに減少させるには処理室
内に冷却トラップを設置することが有効である。冷却ト
ラップの温度を反応生成物の凝縮温度以下にすれば、一
旦、冷却トラップに衝突した反応生成物はそこで物理吸
着され、ほとんど再脱離することはない。この効果によ
って、反応生成物のウェハへの再入射を大幅に低減する
ことができる。図1はエッチングガスと主反応生成物の
蒸気圧を示す。例えば、エッチングガスにCl2 を用
い、反応生成物としてSiCl4 が生成された場合を考
えると、0.5mTorr のガス圧力でエッチングした場
合、それぞれの凝縮する温度は−150℃及び−110
℃と推定できる。従って、冷却トラップの温度を−15
0℃と−110℃の間、例えば−140℃に設定すれ
ば、反応生成物のSiCl4 をトラップに吸着させなが
らエッチングガスは凝縮させないでエッチングを行うこ
とができる。
For example, a processing chamber having a volume of 100 l
If the gas is exhausted at an exhaust speed of 00 l / sec, the gas residence time is 77 msec. When performing such high-speed exhaust,
The number of times the reaction product collides with the wafer during 77 msec staying in the processing chamber is reduced to 96 times. However, such re-incidence of the reaction product may also affect the etching reaction, and it is effective to install a cooling trap in the processing chamber to further reduce this. If the temperature of the cooling trap is set to be equal to or lower than the condensation temperature of the reaction product, the reaction product that once collides with the cooling trap is physically adsorbed there and hardly desorbed again. By this effect, re-incidence of reaction products on the wafer can be significantly reduced. FIG. 1 shows the vapor pressures of the etching gas and the main reaction product. For example, considering the case where Cl 2 is used as an etching gas and SiCl 4 is generated as a reaction product, when etching is performed at a gas pressure of 0.5 mTorr, the respective condensing temperatures are −150 ° C. and −110 ° C.
° C. Therefore, the temperature of the cooling trap is set to -15.
If the temperature is set between 0 ° C. and −110 ° C., for example, −140 ° C., the etching can be performed without adsorbing the etching gas while adsorbing the reaction product SiCl 4 on the trap.

【0013】冷却トラップのみを用い高速排気しない場
合には、反応生成物が大量に冷却トラップに蓄積され、
そのうちの一部は再脱離する可能性が生じてくる。この
ような状況では冷却トラップの効果は不十分なものとな
り、反応生成物のウェハへの再入射を極少にすることは
できない。従って、冷却トラップと高速排気の両方を適
用することが重要である。
When high-speed exhaust is not performed using only the cooling trap, a large amount of reaction products is accumulated in the cooling trap,
Some of them may be desorbed again. In such a situation, the effect of the cooling trap is insufficient, and it is not possible to minimize the re-incident of the reaction product to the wafer. Therefore, it is important to apply both a cooling trap and high speed exhaust.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

(実施例1)本発明による高速排気マイクロ波プラズマ
エッチング装置の一実施例を図2に示す。真空処理室1
にエッチングガスを導入し、マイクロ波発生器2におい
て2.45GHz の高周波を発生させ、これを導波管3
により放電部4に輸送してガスプラズマ5を発生させ
る。高効率放電のために磁場発生用のソレノイドコイル
6が放電部周囲に配置され、875ガウスの磁場により
電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonan
ce:ECRともいう)により高密度のプラズマが発生さ
れる。放電部には試料台7があり、この上に設置された
ウェハ8をガスプラズマによりエッチング処理する。
(Embodiment 1) FIG. 2 shows an embodiment of a high-speed exhaust microwave plasma etching apparatus according to the present invention. Vacuum processing chamber 1
An etching gas is introduced into the microwave generator 2 to generate a high frequency of 2.45 GHz in the microwave generator 2.
To transport to the discharge part 4 to generate gas plasma 5. A solenoid coil 6 for generating a magnetic field is arranged around the discharge part for high-efficiency discharge, and an electron cyclotron resonance (Electron Cyclotron Resonan) is generated by a magnetic field of 875 Gauss.
ce: ECR) generates high-density plasma. A sample stage 7 is provided in the discharge unit, and a wafer 8 placed on the sample stage 7 is subjected to etching processing by gas plasma.

【0015】処理後のエッチングガスはガス導入口9か
ら放電部4,真空処理室1を経て排気管10から排気ポ
ンプ11により真空処理室外へ排出される。この際、コ
ンダクタンスバルブ12を可変にすることにより、排気
速度を変えることができる。処理ガスはガス流量コント
ローラ13を通しガス配管14を経てガス導入口9から
メッシュ状に小孔の開いたバッファ室15を通して放電
部4へ導入される。ガス導入口9は2個所以上設け、放
電部中心軸に対して対称に配置した。
The processed etching gas is discharged from the gas inlet 9 through the discharge unit 4 and the vacuum processing chamber 1 to the outside of the vacuum processing chamber from the exhaust pipe 10 by the exhaust pump 11. At this time, the exhaust speed can be changed by making the conductance valve 12 variable. The processing gas passes through a gas flow controller 13, passes through a gas pipe 14, and is introduced into the discharge unit 4 from a gas inlet 9 through a buffer chamber 15 having small holes formed in a mesh shape. Two or more gas inlets 9 were provided and arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part.

【0016】ウェハを設置する試料台には、ウェハを0
℃以下に冷却する冷却機構16が備えられ、13.56
MHz から400KHzのRFバイアス17が印加で
きる。真空処理室内には冷却トラップ18が設置され、
反応生成物をトラップすることができる。冷却トラップ
には加熱手段19が備えられ、エッチング処理終了後冷
却トラップから反応生成物を脱離させてトラップを再生
するために室温以上に加熱できる。
On the sample stage on which the wafer is set, the wafer
A cooling mechanism 16 for cooling to 13.degree.
An RF bias 17 from MHz to 400 KHz can be applied. A cooling trap 18 is installed in the vacuum processing chamber,
Reaction products can be trapped. The cooling trap is provided with a heating means 19, which can be heated to room temperature or higher to regenerate the trap by removing reaction products from the cooling trap after completion of the etching process.

【0017】排気ポンプには排気速度2000 l/sec
のターボ分子ポンプ2台を用い、総排気速度4000
l/secにして放電部の中心軸に対して対称に配置し
た。ガスの通路となる放電部,真空処理室,排気管及び
コンダクタンスバルブの総排気コンダクタンスは400
0 l/secとした。この時、実効排気速度は2000
l/secである。また、放電部,真空処理室,排気管の
総容積は100 lであり、真空処理室内のガス滞在時
間は前述の(1)式より50msec である。
The pump has a pumping speed of 2000 l / sec.
Using two turbo molecular pumps with a total pumping speed of 4000
1 / sec and arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The total exhaust conductance of the discharge part, the vacuum processing chamber, the exhaust pipe, and the conductance valve serving as a gas passage is 400.
0 l / sec. At this time, the effective pumping speed is 2000
1 / sec. The total volume of the discharge part, the vacuum processing chamber, and the exhaust pipe is 100 l, and the gas residence time in the vacuum processing chamber is 50 msec from the above equation (1).

【0018】この高速排気マイクロ波プラズマエッチン
グ装置を用いて、Siトレンチに用いられるSi単結晶
のエッチングを行った。試料は、Si基板を500nm
の厚さに熱酸化膜し、その上にホトレジストマスクを形
成し、酸化膜をドライエッチングした後、ホトレジスト
を除去してSiO2 マスクを形成したものである。エッ
チングガスにはCl2 を用い、ガス圧力0.5mTorr ,
マイクロ波パワー500W,RFバイアスは2MHzで2
0W,ウェハ温度は−30℃とした。冷却部の設定温度
は−180℃から+50℃まで変化させた。磁場強度分
布は放電部の上方から下方に向けて小さく、ECR条件
を満たす875ガウスの位置はウェハ上方40mmであっ
た。この時のSiエッチ速度の冷却部設定温度依存性
を、実効排気速度を変えて測定した結果を図3に示す。
実効排気速度が500 l/secでは、冷却部温度が−1
10℃付近以下でエッチ速度が急激に増大し、室温の場
合の約5倍になった。しかし、−150℃以下ではエッ
チングガスが冷却部にトラップされるためガス圧力が急
減し、放電の維持が困難になった。また、実効排気速度
が2000 l/secでは、室温でも実効排気速度500
l/secの場合の約4倍あるが、冷却部温度−110℃
以下でさらに2.5 倍に増大した。すなわち、実効排気
速度2000 l/secの高速排気と冷却部設置によりエ
ッチ速度は10倍になったことになる。これらの効果は
全て反応生成物のウェハへの再入射を防止した効果と考
えることができる。
Using this high-speed evacuation microwave plasma etching apparatus, an Si single crystal used for a Si trench was etched. The sample is a 500 nm Si substrate
A thermal oxide film is formed to a thickness of, and a photoresist mask is formed thereon. After dry etching of the oxide film, the photoresist is removed to form a SiO 2 mask. Cl 2 is used as an etching gas, gas pressure is 0.5 mTorr,
Microwave power 500W, RF bias is 2 at 2MHz
0 W and the wafer temperature were -30 ° C. The set temperature of the cooling section was changed from -180 ° C to + 50 ° C. The magnetic field intensity distribution was smaller from the upper part of the discharge part to the lower part, and the position of 875 gauss satisfying the ECR condition was 40 mm above the wafer. FIG. 3 shows the result of measurement of the dependence of the Si etch rate on the set temperature of the cooling section at this time while changing the effective pumping speed.
When the effective pumping speed is 500 l / sec, the cooling unit temperature is -1.
The etch rate sharply increased below about 10 ° C., and was about five times that at room temperature. However, when the temperature is lower than -150 ° C., the etching gas is trapped in the cooling part, so that the gas pressure is rapidly reduced, and it becomes difficult to maintain the discharge. When the effective pumping speed is 2000 l / sec, the effective pumping speed is 500 even at room temperature.
1 / sec, but about 4 times, but cooling unit temperature -110 ° C
In the following, it further increased by a factor of 2.5. That is, the etching speed has been increased by a factor of 10 due to the high-speed evacuation at an effective evacuation speed of 2000 l / sec and the installation of the cooling unit. All of these effects can be considered as effects of preventing the reaction product from being re-incident on the wafer.

【0019】(実施例2)図4に高速排気反応性イオン
エッチング(RIE)装置の実施例を示す。真空処理室
1にエッチングガスを導入し、13.56MHz の高周
波で放電しガスプラズマ5を発生させる。放電部には試
料台7があり、この上に設置されたウェハ8をガスプラ
ズマによりエッチング処理する。処理後のエッチングガ
スはガス導入口9から真空処理室1を経て排気管10か
ら排気ポンプ11により真空処理室外へ排出される。こ
の際、コンダクタンスバルブ12を可変にすることによ
り、排気速度を変えることができる。処理ガスはガス流
量コントローラ13を通しガス配管14を経てガス導入
口9からメッシュ状に小孔の開いたバッファ室15を通
して真空処理室1へ導入される。
(Embodiment 2) FIG. 4 shows an embodiment of a high-speed exhaust reactive ion etching (RIE) apparatus. An etching gas is introduced into the vacuum processing chamber 1 and discharged at a high frequency of 13.56 MHz to generate a gas plasma 5. A sample stage 7 is provided in the discharge unit, and a wafer 8 placed on the sample stage 7 is subjected to etching processing by gas plasma. The processed etching gas is discharged from the gas inlet 9 through the vacuum processing chamber 1 to the outside of the vacuum processing chamber by the exhaust pump 10 from the exhaust pipe 10. At this time, the exhaust speed can be changed by making the conductance valve 12 variable. The processing gas is introduced into the vacuum processing chamber 1 through the gas flow controller 13, the gas pipe 14, the gas inlet 9, and the buffer chamber 15 having small holes in a mesh shape.

【0020】ガス導入口9は2個所以上設け、放電部中
心軸に対して対称に配置した。ウェハを設置する試料台
には、ウェハを0℃以下に冷却する冷却機構16が備え
られている。真空処理室内には冷却トラップ18が設置
され、反応生成物をトラップすることができる。冷却ト
ラップには加熱手段19が備えられ、エッチング処理終
了後冷却トラップから反応生成物を脱離させてトラップ
を再生するために室温以上に加熱できる。
The gas inlets 9 are provided at two or more places, and are arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The sample stage on which the wafer is placed is provided with a cooling mechanism 16 for cooling the wafer to 0 ° C. or lower. A cooling trap 18 is provided in the vacuum processing chamber, and can trap a reaction product. The cooling trap is provided with a heating means 19, which can be heated to room temperature or higher to regenerate the trap by removing reaction products from the cooling trap after completion of the etching process.

【0021】排気ポンプには排気速度2000 l/sec
のターボ分子ポンプ2台を放電部の中心軸に対して対称
に配置した。ガスの通路となる放電部,真空処理室,排
気管及びコンダクタンスバルブの総排気コンダクタンス
は4000 l/secとした。この時、実効排気速度は2
000 l/secである。また、放電部,真空処理室,排
気管の総容積は100 lであり、真空処理室内のガス
滞在時間は前述の(1)式より50msecである。
The pump has a pumping speed of 2000 l / sec.
Are arranged symmetrically with respect to the central axis of the discharge part. The total exhaust conductance of the discharge part, the vacuum processing chamber, the exhaust pipe, and the conductance valve serving as a gas passage was 4000 l / sec. At this time, the effective pumping speed is 2
000 l / sec. The total volume of the discharge part, the vacuum processing chamber, and the exhaust pipe is 100 l, and the gas residence time in the vacuum processing chamber is 50 msec according to the above equation (1).

【0022】図4に示す高速排気反応性イオンエッチン
グ装置により、ホトレジストをマスクにSi基板のエッ
チングを行った。エッチングガスにはHBrを用い、ガ
ス圧力0.5mTorr ,RFパワー500W,ウェハ温度
は−20℃とした。冷却部の温度が−60℃以下でSi
エッチ速度が急増し、室温の場合の4倍になった。ま
た、−170℃以下ではエッチングガスの凝縮により放
電の維持が困難であった。
The Si substrate was etched using a photoresist as a mask by a high-speed exhaust reactive ion etching apparatus shown in FIG. HBr was used as an etching gas, the gas pressure was 0.5 mTorr, the RF power was 500 W, and the wafer temperature was -20 ° C. When the temperature of the cooling unit is
The etch rate spiked, four times that at room temperature. Further, at -170 ° C. or lower, it was difficult to maintain the discharge due to the condensation of the etching gas.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、エッチングにより発生
する反応生成物を冷却トラップで吸着し、かつ未吸着ガ
スも高速排気で短時間に真空処理室外に排出できるの
で、反応生成物がウェハ表面に再付着してエッチング反
応を阻害する影響を防止することができる。この結果、
エッチ速度を大幅に向上することができる。また、反応
生成物が微細パターン表面に付着してパターン形状が所
望の形状に加工できない等の影響を防止し、微細で高精
度のパターン形成を行うことができる。
According to the present invention, the reaction product generated by etching is adsorbed by the cooling trap, and the non-adsorbed gas can be exhausted out of the vacuum processing chamber in a short time with high-speed exhaust. Can be prevented from adversely affecting the etching reaction by re-adhering to the substrate. As a result,
The etch speed can be greatly improved. In addition, it is possible to prevent a reaction product from adhering to the surface of the fine pattern and prevent the pattern shape from being processed into a desired shape, and to form a fine and highly accurate pattern.

【0024】本発明の効果は前述のエッチング装置やエ
ッチング材料に限らず、例えば、マグネトロン型RIE
やヘリコン共振型RIE等の他の装置、およびSi
2 ,ホトレジスト,アルミニウム,タングステン,タ
ングステンシリサイド,銅,GaAs,Si窒化膜等の他の
材料についても同様の効果がある。
The effect of the present invention is not limited to the above-described etching apparatus and etching material, but may be, for example, a magnetron type RIE.
And other devices such as helicon resonant RIE, and Si
Similar effects are obtained with other materials such as O 2 , photoresist, aluminum, tungsten, tungsten silicide, copper, GaAs, and Si nitride film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】エッチングガスと反応生成物の蒸気圧を示す線
図。
FIG. 1 is a diagram showing vapor pressures of an etching gas and a reaction product.

【図2】本発明による高速排気型のマイクロ波プラズマ
エッチング装置のブロック図。
FIG. 2 is a block diagram of a high-speed exhaust type microwave plasma etching apparatus according to the present invention.

【図3】本発明による高速排気型のマイクロ波プラズマ
エッチング装置を用いたSiエッチングにおける、冷却
部設定温度、及び排気速度とエッチ速度の関係を示す特
性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a cooling unit set temperature and a relationship between an exhaust speed and an etch speed in Si etching using a high-speed exhaust type microwave plasma etching apparatus according to the present invention.

【図4】本発明による高速排気型の反応性イオンエッチ
ング(RIE)装置のブロック図。
FIG. 4 is a block diagram of a high-speed exhaust type reactive ion etching (RIE) apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…真空処理室、11…排気ポンプ、18…冷却トラッ
プ。
1: vacuum processing chamber, 11: exhaust pump, 18: cooling trap.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−82450(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-5-82450 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】処理室内にウエハを設置し、前記処理室内
にエッチングガスを導入し、前記エッチングガスをプラ
ズマ化し、前記プラズマにより前記ウエハの主面材料を
ドライエッチングする工程を含む半導体集積回路装置の
製造方法であって、ドライエッチング時における前記容
器内を総排気速度2000 l/s 以上の排気ポンプを用
いて排気してプラズマ雰囲気中の圧力を0.5mTorr以
下にし、かつ前記エッチングガスと前記ウエハ主面材料
との反応生成物を、前記処理室内に設けられた冷却トラ
ップによって捕獲するようにしたことを特徴とする半導
体集積回路装置の製造方法。
1. A semiconductor integrated circuit device comprising the steps of: placing a wafer in a processing chamber; introducing an etching gas into the processing chamber; converting the etching gas into plasma; and dry-etching a main surface material of the wafer with the plasma. Using a vacuum pump having a total pumping speed of 2000 l / s or more during the dry etching .
And the pressure in the plasma atmosphere is reduced to 0.5 mTorr or less.
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein a reaction product between the etching gas and the wafer main surface material is captured by a cooling trap provided in the processing chamber.
【請求項2】前記冷却トラップは、前記ウエハ主面との
距離が、前記反応生成物の平均自由工程の5倍より短い
箇所に設けられていることを特徴とする請求項1記載の
半導体集積回路装置の製造方法。
2. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the cooling trap is provided at a position where a distance from the main surface of the wafer is shorter than five times a mean free path of the reaction product. A method for manufacturing a circuit device.
【請求項3】前記冷却トラップは、前記ウエハ主面との
距離が、50cmよリ短い箇所に設けられていることを
特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方
法。
3. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said cooling trap is provided at a position whose distance from said main surface of said wafer is shorter than 50 cm.
【請求項4】前記冷却トラップは、前記反応生成物の凝
縮温度以下かつ前記エッチングガスの凝縮温度以上に制
御されることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回
路装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said cooling trap is controlled to a temperature lower than a condensation temperature of said reaction product and higher than a condensation temperature of said etching gas.
【請求項5】前記ウエハ主面材料はシリコンであリ、前
記エッチングガスは塩素を含むガスであることを特徴と
する請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said wafer main surface material is silicon, and said etching gas is a gas containing chlorine.
【請求項6】前記冷却トラップの温度は、-110℃以
下、-150℃以上に制御されることを特徴とする請求
項1記載の半導体集積回路装置の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the temperature of the cooling trap is controlled to be −110 ° C. or lower and −150 ° C. or higher.
【請求項7】ウエハ主面にマスクを形成する工程、 処理室内に前記マスクが形成されたウエハを設置し、前
記処理室内にエッチングガスを導入し、前記エッチング
ガスをプラズマ化し、前記マスクが形成されていないと
ころのウエハ主面の一部を前記プラズマによりをドライ
エッチングし、該部にトレンチを形成する工程とを含
み、 前記ドライエッチング時における前記容器内を総排気速
度2000 l/s 以上の排気ポンプを用いて排気してプ
ラズマ雰囲気中の圧力を0.5mTorr以下にし、かつ
記エッチングガスと前記ウエハ主面材料との反応生成物
を、前記処理室内に設けられた冷却トラップによって捕
獲するようにしたことを特徴とする半導体集積回路装置
の製造方法。
7. A step of forming a mask on a main surface of a wafer, placing a wafer on which the mask is formed in a processing chamber, introducing an etching gas into the processing chamber, converting the etching gas into plasma, and forming the mask. If not
Dry-etching by the plasma portion of the wafer main surface of the roller, and forming a trench to the site, pumping speed of the vessel at the time of the dry etching
Pump using an exhaust pump of 2000 l / s or more.
A pressure in a plasma atmosphere is set to 0.5 mTorr or less, and a reaction product of the etching gas and the material of the wafer main surface is captured by a cooling trap provided in the processing chamber. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
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